(57)【要約】  ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置を提供する。  二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子５１ａ及び複数の第二の光電変換素子ｂを含む固体撮像素子５を有する撮像装置１００は、複数の第一の光電変換素子５１ａを第一の露光期間Ａで露光すると共に、第一の露光期間Ａと重なる期間中に複数の第二の光電変換素子５１ｂを、長さの異なる複数の第二の露光期間Ｂ（１）、Ｂ（２）、Ｂ（３）であって各々が第一の露光期間Ａと重なる第二の露光期間で順次露光し、第一の露光期間Ａ中に第一の光電変換素子５１ａに蓄積された電荷に応じた第一の信号と、第二の露光期間の各々において第二の光電変換素子５１ｂに蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行うデバイス制御部８を備える。
2012014553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子と、
前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動部とを備え、
各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを更に備え、
前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始する撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記駆動部は、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
【請求項４】
請求項３記載の撮像装置であって、
前記最後の第二の露光期間が、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間である撮像装置。
【請求項５】
請求項３記載の撮像装置であって、
前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間が、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間である撮像装置。
【請求項６】
請求項５記載の撮像装置であって、
前記第二の露光期間が３つである撮像装置。
【請求項７】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
【請求項８】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
【請求項９】
請求項８記載の撮像装置であって、
各第二の露光期間の露光が前記第一の露光期間中に実施される撮像装置。
【請求項１０】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間が最も短い期間である撮像装置。
【請求項１１】
請求項２〜９のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子が、前記複数の第一の光電変換素子から前記第一の信号を読み出すための第一の読出し回路と、前記複数の第二の光電変換素子から前記第二の信号を読み出すための前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路とを備える撮像装置。
【請求項１２】
二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子を用いた撮像方法であって、
前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動ステップを備え、
各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである撮像方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の撮像方法であって、
前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に、前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始する撮像方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の撮像方法であって、
前記駆動ステップでは、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の撮像方法であって、
前記最後の第二の露光期間を、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間とする撮像方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の撮像方法であって、
前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間を、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間とする撮像方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の撮像方法であって、
前記第二の露光期間が３つである撮像方法。
【請求項１８】
請求項１３記載の撮像方法であって、
前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
【請求項１９】
請求項１２記載の撮像方法であって、
前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の撮像方法であって、
各第二の露光期間の露光を前記第一の露光期間中に実施する撮像方法。
【請求項２１】
請求項１２記載の撮像方法であって、
前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間を最も短い期間とする撮像方法。
【請求項２２】
請求項１３〜２０のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記駆動ステップでは、第一の読出し回路を用いて前記第一の信号を読出し、前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路を用いて前記第二の信号を読み出す撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体を撮像する固体撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型等が普及している。これらの固体撮像素子の入射光に対するダイナミックレンジは、半導体技術の進歩により着々と向上しつつある。しかしながら、実際に固体撮像素子が利用される状況において、予め設定されているダイナミックレンジを超えた入射光が発生することはそれほど珍しいことではない。このため、ダイナミックレンジを拡大するための技術が盛んに研究されている。【０００３】
例えば、特許文献１には、長時間露光を行う画素と、長時間露光を行っている期間の途中で短時間露光を開始する画素とを有する固体撮像素子を備える撮像装置が記載されている。この撮像装置は、長時間露光で得られる画像と短時間露光で得られる画像を合成してダイナミックレンジを拡大する。【０００４】
また、特許文献２には、長時間露光を行う画素と、長時間露光を行っている期間中に短時間露光を複数回行いその都度出力する画素とが市松状に配置された固体撮像素子を搭載する撮像装置が記載されている。この撮像装置は、複数の短時間露光で得られる画像を平均してカメラブレ補正を行う。そして、撮像装置は、この平均後の画像と長時間露光で得られる画像を合成して、ダイナミックレンジを拡大する。【０００５】
これらの撮像装置は、同じ被写体に対しダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを得るために、長時間露光と短時間露光の比を変更して撮影を複数回行う必要がある。しかし、撮影と撮影の間に被写体が動いたり、太陽が雲に隠れてしまったり等、撮影環境は刻々と変化する。このため、同一被写体に対してダイナミックレンジの異なる画像データを得ることは容易ではない。【０００６】
撮影が終わった後に、所望のダイナミックレンジ拡大倍率で画像データを生成することができれば、期待する画像データを得られるようになる。しかし、このような機能を持つ撮像装置は今まで存在していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開２００９−３０２６５３号公報
【特許文献２】日本国特開２０１０−６２７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撮像装置は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子と、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動部とを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。【００１０】
この構成により、感度の異なる少なくとも３つの信号（第一の信号と、少なくとも２つの第二の信号）を１度の撮影で得ることができる。このため、例えば、第二の露光期間が２つ存在するとした場合、第一の信号から生成される画像データと２つの第二の信号の一方から生成される画像データとを合成して第一のダイナミックレンジの画像データを生成し、第一の信号から生成される画像データと２つの第二の信号の他方から生成される画像データとを合成して第ニのダイナミックレンジの画像データを生成することが可能になる。つまり、撮影を行った後に、画像処理によって、ダイナミックレンジの異なる複数の画像データを生成することが可能になる。したがって、撮影を複数回行わずとも、同じ被写体に対してダイナミックレンジの異なる複数の画像データを得ることができる。この結果、撮像装置の利便性を向上させることができる。【００１１】
本発明の撮像方法は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子を用いた撮像方法であって、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動ステップを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を説明するための撮像装置の機能ブロック図
【図２】図１に示した撮像装置における固体撮像素子５の概略構成を示す平面模式図
【図３】図１に示した撮像装置の撮影動作時のタイミングチャートを示す図
【図４】図１に示した撮像装置の変形例を示す図
【図５】図４に示した撮像装置の撮影時の動作を説明するためのタイミングチャート
【図６】図４に示した撮像装置の撮影時の別の動作を説明するためのタイミングチャート
【図７】図５に示した駆動方法の変形例を示すタイミングチャート
【図８】図７に示したタイミングチャートにおいて露光期間Ｂ（２）を最も短い期間にした図
【図９】１つの信号読出し回路によって図３に示した駆動方法を実現するためのタイミングチャートの一例を示す図
【図１０】１つの信号読出し回路によって図３に示した駆動方法を実現するためのタイミングチャートの一例を示す図
【図１１】図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図
【図１２】図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図
【図１３】図１に示した撮像装置における固体撮像素子をＣＣＤ型にしたときの撮影動作を説明するためのタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態を説明するための撮像装置１００の機能ブロック図である。撮像装置１００の撮像系は、撮影レンズ系１と、絞り２と、固体撮像素子５と、アナログデジタル（ＡＤ）変換部６とを備える。
【００１６】
撮影レンズ系１の背部には、絞り２が配置される。撮影レンズ系１と絞り２により撮影光学系を構成している。
【００１７】
絞り２の背部には、詳細は後述するＣＭＯＳ型の固体撮像素子５が配置されている。撮影レンズ系１及び絞り２をこの順に通って固体撮像素子５の受光面に入射した被写体光像に対応する撮像画像信号が、ＡＤ変換部６でデジタルデータに変換された後、バス１７に出力される。
【００１８】
バス１７には、この撮像装置１００の全体を統括制御する中央制御部（ＣＰＵ）７と、シャッタレリーズボタンを含む操作ボタン等で構成される操作部１６と、ＤＳＰ等で構成されＣＰＵ７の指示の基に撮像画像信号に対して画像処理を施す画像処理部９と、撮像画像信号を画像処理して得られた撮像画像データを表示用のデータに変換するビデオエンコーダ１５と、ビデオエンコーダ１５で変換された撮像画像データを表示部１４に表示するドライバ１３と、メモリ１０と、メディア制御部１２とが接続される。メディア制御部１２には、着脱自在に記録媒体（メモリカード）１１が装着される。
【００１９】
ＣＰＵ７には、デバイス制御部８が接続される。デバイス制御部８は、ＣＰＵ７からの指示に従い、固体撮像素子５の駆動制御を行う。また、デバイス制御部８は、ＣＰＵ７からの指示に従い、絞り２の開口量調整制御を行う。また、デバイス制御部８は、ＣＰＵ７からの指示に従い、撮影レンズ系１のフォーカス位置制御やズーム位置制御を行う。
【００２０】
図２は、図１に示した撮像装置１００における固体撮像素子５の概略構成を示す平面模式図である。
【００２１】
図２に示したように、固体撮像素子５は、複数の光電変換素子５１ａ（ハッチングを付したもの）からなる第一グループと、複数の光電変換素子５１ｂからなる第二グループと、第一グループに対応して設けられた信号読出し回路６２ａと、第二グループに対応して設けられた信号読出し回路６２ｂとを備える。
【００２２】
固体撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子は、半導体基板表面の列方向Ｙとこれに交差する（図２の例では直交する）行方向Ｘとに二次元状に配置されている。この全ての光電変換素子は、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる第一の光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる第二の光電変換素子行とを列方向Ｙに交互に一定ピッチで並べた配置となっている。さらに、第一の光電変換素子行は、第二の光電変換素子行に対して、各光電変換素子行の光電変換素子の行方向Ｘにおける配列ピッチの１／２だけ行方向Ｘにずらして配置されている。このような配列は、正方格子状に配置した各光電変換素子５１ａに対して斜め４５°方向にずれた位置に光電変換素子５１ｂを配置することで得ることができる。
【００２３】
このように、全ての光電変換素子５１ａには、同一の位置関係で光電変換素子５１ｂが隣接して配置された構成となっている。各光電変換素子５１ａと、各光電変換素子５１ａに対して同一の位置関係（同一方向）に隣接する光電変換素子５１ｂとで、ペアを構成している。
【００２４】
固体撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子は、略同一構成（設計上の値が同一）となっている。略同一構成とは、半導体基板内に形成される光電変換領域（フォトダイオード）のサイズが略同じであり、その光電変換領域の上方に形成される遮光膜の開口サイズも略同じであることを意味する。
【００２５】
各光電変換素子５１ａの上方には、全体としてベイヤ状に配置された赤色光を透過するカラーフィルタＲ１と、緑色光を透過するカラーフィルタＧ１と、青色光を透過するカラーフィルタＢ１とが設けられている。
【００２６】
図２においては、カラーフィルタＲ１が上方に設けられた光電変換素子５１ａに“Ｒ１”の文字を付してある。また、カラーフィルタＧ１が上方に設けられた光電変換素子５１ａに“Ｇ１”の文字を付してある。また、カラーフィルタＢ１が上方に設けられた光電変換素子５１ａに“Ｂ１”の文字を付してある。
【００２７】
各光電変換素子５１ｂの上方には、全体としてベイヤ状に配置された赤色光を透過するカラーフィルタＲ２と、緑色光を透過するカラーフィルタＧ２と、青色光を透過するカラーフィルタＢ２とが設けられている。
【００２８】
図２においては、カラーフィルタＲ２が上方に設けられた光電変換素子５１ｂに“Ｒ２”の文字を付してある。また、カラーフィルタＧ２が上方に設けられた光電変換素子５１ｂに“Ｇ２”の文字を付してある。また、カラーフィルタＢ２が上方に設けられた光電変換素子５１ｂに“Ｂ２”の文字を付してある。
【００２９】
以下の説明では、カラーフィルタＲ１とカラーフィルタＲ２を総称して赤色フィルタともいう。また、カラーフィルタＧ１とカラーフィルタＧ２を総称して緑色フィルタともいう。また、カラーフィルタＢ１とカラーフィルタＢ２を総称して青色フィルタともいう。
【００３０】
このように、同一の位置関係で隣接する光電変換素子５１ａ及び光電変換素子５１ｂ（図２の例では、光電変換素子５１ａとこれに斜め右上方向で隣接する光電変換素子５１ｂ）の各々の上方には同一色のフィルタ（赤色フィルタ、緑色フィルタ、又は青色フィルタ）が配置されている。したがって、固体撮像素子５には、上方に設けられるフィルタの色が異なる３種類のペア（赤色フィルタを上方に持つＲペア、緑色フィルタを上方に持つＧペア、青色フィルタを上方に持つＢペア）が含まれる。
【００３１】
図２に示したように、第一の光電変換素子行については、図２において一番上から順に、１ライン、２ライン、３ライン、・・・、ｎラインと呼ぶ。第二の光電変換素子行についても、図２において一番上から順に、１ライン、２ライン、３ライン、・・・、ｎラインと呼ぶ。ｋライン（ｋ＝１，２，３、・・・、ｎ）の第一の光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１ａとペアを組む光電変換素子５１ｂで構成される第二の光電変換素子行がｋラインの第二の光電変換素子行となっている。
【００３２】
固体撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子の各々には、図示しないＣＭＯＳ回路がその近傍に対応して設けられている。ＣＭＯＳ回路は、例えば３トランジスタ構成や４トランジスタ構成である。
【００３３】
信号読出し回路６２ａは、ＣＤＳ回路５５ａと、トランジスタ５６ａと、Ｈドライバ５７ａと、信号出力線５８ａと、配線５９ａ（一部のみ図示）と、Ｖドライバ６０ａと、配線６１ａ（一部のみ図示）とを備える。信号読出し回路６２ａは、図１に示したデバイス制御部８によって制御される。
【００３４】
行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路には配線６１ａが接続されている。この配線６１ａが、Ｖドライバ６０ａに接続されている。
【００３５】
Ｖドライバ６０ａは、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる光電変換素子行を１つずつ選択して、選択した光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路から配線５９ａに信号を読み出す駆動を行う。また、Ｖドライバ６０ａは、第一グループの光電変換素子５１ａに対応するＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタを制御して、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷をリセットする駆動（光電変換素子の電荷をＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタのドレインに排出する駆動）も行う。
【００３６】
ＣＤＳ回路５５ａは、列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる光電変換素子列に対応して設けられている。ＣＤＳ回路５５ａは、これに対応する光電変換素子列のＣＭＯＳ回路に配線５９ａを介して接続されている。ＣＤＳ回路５５ａは、入力された信号に相関二重サンプリング処理を施す。
【００３７】
Ｈドライバ５７ａは、各ＣＤＳ回路５５ａにトランジスタ５６ａを介して接続されている。Ｈドライバ５７ａは、トランジスタ５６ａを順次オンしていくことで、ＣＤＳ回路５５ａで処理後の信号を信号出力線５８ａに出力させる。
【００３８】
信号読出し回路６２ｂは、ＣＤＳ回路５５ｂと、トランジスタ５６ｂと、Ｈドライバ５７ｂと、信号出力線５８ｂと、配線５９ｂ（一部のみ図示）と、Ｖドライバ６０ｂと、配線６１ｂ（一部のみ図示）とを備える。信号読出し回路６２ｂは、図１に示したデバイス制御部８によって制御される。
【００３９】
行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路には配線６１ｂが接続されている。この配線６１ｂが、Ｖドライバ６０ｂに接続されている。
【００４０】
Ｖドライバ６０ｂは、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる光電変換素子行を１つずつ選択して、選択した光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路から配線５９ｂに信号を読み出す駆動を行う。また、Ｖドライバ６０ｂは、第二グループの光電変換素子５１ｂに対応するＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタを制御して、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷をリセットする駆動（光電変換素子の電荷をＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタのドレインに排出する駆動）も行う。
【００４１】
ＣＤＳ回路５５ｂは、列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる光電変換素子列に対応して設けられている。ＣＤＳ回路５５ｂは、これに対応する光電変換素子列のＣＭＯＳ回路に配線５９ｂを介して接続されている。ＣＤＳ回路５５ｂは、入力された信号に相関二重サンプリング処理を施す。
【００４２】
Ｈドライバ５７ｂは、各ＣＤＳ回路５５ｂにトランジスタ５６ｂを介して接続されている。Ｈドライバ５７ｂは、トランジスタ５６ｂを順次オンしていくことで、ＣＤＳ回路５５ｂで処理後の信号を信号出力線５８ｂに出力させる。
【００４３】
このような構成により、第一グループと第二グループとで同時並行して撮像画像信号を読み出すことができる。
【００４４】
次に、図１に示した撮像装置１００の撮影動作について説明する。
【００４５】
まず概略を説明する。デバイス制御部８は、シャッタレリーズボタンが押下されて撮影指示がなされると、固体撮像素子５を制御して、第一グループの光電変換素子５１ａを第一の露光期間で露光すると共に、その第一の露光期間中に、第二グループの光電変換素子５１ｂを長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光する。そして、第一の露光期間及び複数の第二の露光期間がそれぞれ終了すると、デバイス制御部８は、それら露光期間中に光電変換素子に蓄積された電荷に応じた撮像画像信号を固体撮像素子５から出力させる。固体撮像素子５から出力される少なくとも３種類の撮像画像信号（第一の露光期間で得られたものと複数の第二の露光期間で得られたもの）は、それぞれ画像処理部９で画像処理が施されて、感度の異なる少なくとも２種類の撮像画像データが生成される。
【００４６】
画像処理部９は、第一の露光期間に対応する撮像画像データと、第二の露光期間に対応する複数種類の撮像画像データの各々とを合成して、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを生成する。画像処理部９は、このダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データをメモリカード１１に記録して撮影を終了する。このような動作によって、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを１回の撮影で得ることができる。
【００４７】
図３は、図１に示した撮像装置１００の撮影動作時のタイミングチャートを示す図であり、第一グループの光電変換素子５１ａの露光期間と、第二グループの光電変換素子５１ｂの露光期間との関係を具体的に示した図である。この図３を参照しながら、デバイス制御部８による制御の内容を具体的に説明する。図３では、第一の露光期間中に第二の露光期間を３つ設けた例を示している。図３において、“第一の露光期間Ａ”と記した四角形（平行四辺形）が、第一グループ全体の第一の露光期間を示し、“Ｂ（１）”、“Ｂ（２）”、“Ｂ（３）”を記した四角形（平行四辺形）が、それぞれ第二グループ全体の第二の露光期間を示している。
【００４８】
撮影指示があると、デバイス制御部８は、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷を光電変換素子５１ａのライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動をＶドライバ６０ａで実施する。また、デバイス制御部８は、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を光電変換素子５１のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動をＶドライバ６０ｂで実施する。Ｖドライバ６０ａとＶドライバ６０ｂは、蓄積電荷をリセットするタイミングを、第一グループのｋラインと第二グループのｋラインとで同期させて行う。
【００４９】
図３の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に、第一グループの各ラインの光電変換素子５１ａのリセットを順次行うと共に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂのリセットを順次行う。第一グループの各ラインでは、蓄積電荷のリセットが終了した時点で、第一の露光期間Ａの露光が開始する。第二グループの各ラインでは、蓄積電荷のリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が開始する。
【００５０】
時刻ｔ１で第一グループの１ラインと第二グループの１ラインの露光を開始してから所定時間経過後の時刻ｔ３になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号を光電変換素子５１ｂのライン毎にタイミングをずらして読み出すローリング読出し駆動を信号読出し回路６２ｂで実施する。
【００５１】
図３の例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が終了する。
【００５２】
なお、デバイス制御部８は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で各ラインの信号の読み出しを終了する毎に、Ｖドライバ６０ｂを介して当該ラインの各光電変換素子５１ｂの蓄積電荷をリセットし、リセット終了後に、次のラインの信号読み出しを行う。つまり、時刻ｔ３〜ｔ４の間では、第二グループの光電変換素子５１ｂに対し、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動が交互に実施される。第二グループの各ラインでは、この時刻ｔ３〜ｔ４の間のローリングリセット駆動によるリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（２）の露光が開始する。
【００５３】
第二の露光期間Ｂ（２）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（１）よりも長い時間経過後の時刻ｔ５になると、デバイス制御部８が、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ｂで交互に実施する。
【００５４】
図３の例では、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷がリセットされる。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（２）の露光が終了し、当該蓄積電荷のリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始する。
【００５５】
第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）よりも長い時間経過後の時刻ｔ７になると、デバイス制御部８が、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ｂで交互に実施する。
【００５６】
図３の例では、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷がリセットされる。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。
【００５７】
また、時刻ｔ７になると、デバイス制御部８が、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷に応じた信号を光電変換素子５１ａのライン毎にタイミングをずらして読み出すローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ａで交互に実施する。
【００５８】
図３の例では、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に、第一グループの各ラインの光電変換素子５１ａの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第一グループの各ラインの光電変換素子５１ａの蓄積電荷がリセットされる。第一グループの各ラインでは、光電変換素子５１ａの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第一の露光期間Ａの露光が終了する。Ｖドライバ６０ａとＶドライバ６０ｂは、時刻ｔ７〜ｔ８の間は、光電変換素子の蓄積電荷に応じた信号を読み出すタイミングを、第一グループのｋラインと第二グループのｋラインとで同期させて行う。
【００５９】
以上のような駆動により、第一の露光期間Ａの露光中に、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、第二の露光期間Ｂ（３）の露光を順次実施し、これら４つの露光期間の露光で得られる４種類の撮像画像信号を固体撮像素子５から出力することができる。撮影後は、画像処理部９が、第一の露光期間Ａに対応する撮像画像データと第二の露光期間Ｂ（１）に対応する撮像画像データとを合成して第一のダイナミックレンジの撮像画像データを生成しする。また、画像処理部９が、第一の露光期間Ａに対応する撮像画像データと第二の露光期間Ｂ（２）に対応する撮像画像データとを合成して第二のダイナミックレンジの撮像画像データを生成する。また、画像処理部９が、第一の露光期間Ａに対応する撮像画像データと第二の露光期間Ｂ（３）に対応する撮像画像データとを合成して第三のダイナミックレンジの撮像画像データを生成する。このようにすることで、ダイナミックレンジの異なる３種類の撮像画像データを簡単に得ることができる。これにより、撮像装置１００のユーザは、撮影を行った後に、ダイナミックレンジを変えて所望の撮像画像データを得ることができ、撮影失敗の機会を減らすことができる。
【００６０】
図４は、図１に示した撮像装置１００の変形例を示す図である。
【００６１】
図４に示した撮像装置２００は、固体撮像素子５の光入射側（図４の例では絞り２と固体撮像素子５の間）にメカニカルシャッタ３を追加した点を除いては図１に示した撮像装置１００と同じ構成である。
【００６２】
図４に示した撮像装置２００では、撮影動作が図１に示した撮像装置１００とは異なる。以下、撮像装置２００の撮影動作について説明する。
【００６３】
図５は、撮像装置２００の撮影時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５に示したタイミングチャートは、第一グループの全ての光電変換素子５１ａの蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って第一の露光期間Ａの露光を開始する点、メカニカルシャッタ３を閉じる駆動を行って第一の露光期間Ａの露光を終了する点が、図３に示したタイミングチャートとは大きく異なる。
【００６４】
メカニカルシャッタ３が開の状態で撮影指示があると、デバイス制御部８は、Ｖドライバ６０ａでグローバルリセット駆動を実施し、全ての光電変換素子５１ａの蓄積電荷を同時にリセットする。第一グループでは、このリセットの終了を以って、第一の露光期間Ａの露光が開始する。一方、第二グループでは、図３で説明したのと同様に、撮影指示に応じて第二グループの各ラインの蓄積電荷が順次リセットされ、このリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が開始する。第二の露光期間Ｂ（１）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）の終了までの動作は、図３で説明したものと同じであるため、説明を省略する。
【００６５】
第三の露光期間Ｂ（３）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）よりも長い時間経過後の時刻ｔ７になると、デバイス制御部８が、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ｂで交互に実施する。図５の例では、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷がリセットされる。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。
【００６６】
第二グループのｎラインの信号読み出しが終了した時刻ｔ８になると、デバイス制御部８が、メカニカルシャッタ３を閉の状態にする。このメカニカルシャッタ３が閉じた時点を以って、第一の露光期間Ａの露光が終了する。第一の露光期間Ａの露光終了後、デバイス制御部８は、ローリング読出し駆動によって第一グループから撮像画像信号を読み出す。
【００６７】
以上のように、撮像装置２００によれば、メカニカルシャッタ３を用いることで、第一グループについては、全てのラインで露光の開始及び終了のタイミングを一致させることができる。このため、第一グループから得られる撮像画像データについては、ＣＭＯＳセンサ特有の動く被写体に対して発生する歪みを無くすことができる。
【００６８】
なお、撮像装置２００では、第二グループの全ての光電変換素子５１ｂで蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って第二の露光期間Ｂ（１）の露光を開始することもできる。また、メカニカルシャッタ３を閉じることで、第二の露光期間Ｂ（３）の露光を終了することもできる。この場合のタイミングチャートを示したのが図６である。
【００６９】
図６に示したタイミングチャートで撮影を行ったとしても、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを得ることはできる。しかし、図６に示した駆動方法では、第二の露光期間Ｂ（１）と第二の露光期間Ｂ（３）において、第二グループの全てのラインにおいて露光時間が均一にならない。これに対し、図５に示した駆動方法であれば、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、第二の露光期間Ｂ（３）のいずれにおいても、第二グループの全てのラインにおいて露光時間を均一にすることができる。このため、第二グループから得られる複数の撮像画像データの画質を向上させることができる。
【００７０】
図７は、図５に示した駆動方法の変形例を示すタイミングチャートである。図７に示したタイミングチャートは、第一の露光期間Ａの露光中に実施する複数の第二の露光期間のうちの最後の露光期間Ｂ（３）の露光を、グローバルリセット駆動を行って開始し、メカニカルシャッタ３を閉じる駆動を行って終了する点、第二の露光期間の長さが、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、第二の露光期間Ｂ（３）の順に短くなっている点を除いては、図５に示したタイミングチャートと同じである。
【００７１】
図７に示すタイミングチャートにおいて時刻ｔ１〜ｔ６の動作は、図５で説明したものと同じである。時刻ｔ６で、ｎラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しを終了すると、デバイス制御部８は、全ての光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動をＶドライバ６０ｂにより行う。このグローバルリセット駆動による光電変換素子５１ｂの蓄積電荷のリセット終了を以って、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始する。
【００７２】
第三の露光期間Ｂ（３）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）よりも短い時間経過後の時刻ｔ８になると、デバイス制御部８が、メカニカルシャッタ３を閉じる駆動を行う。このメカニカルシャッタ３が閉じた時点を以って、第一の露光期間Ａの露光と、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。第一の露光期間Ａの露光終了後、デバイス制御部８は、ローリング読出し駆動によって第一グループと第二グループからそれぞれ撮像画像信号を読み出す。
【００７３】
以上のように、図７に示した駆動方法によれば、複数の第二の露光期間のうちの最後の露光期間の露光の開始及び終了のタイミングを、第二グループの全てのラインで一致させることができる。このため、第二の露光期間Ｂ（３）で得られる撮像画像データには歪みが発生することがなく、画質を向上させることができる。
【００７４】
なお、動く被写体に対する画像の歪みが顕著となるのは、露光期間が短い場合である。このため、複数の第二の露光期間のうち、最も短い期間（歪みの発生する可能性が最も高い露光期間）を、図７に示した最後の露光期間Ｂ（３）の位置にもってくる。このようにすることで、動く被写体を撮影した場合の画質劣化を最小限に抑えることができる。
【００７５】
図７の例では、最後の露光期間Ｂ（３）の露光終了タイミングをメカニカルシャッタ３で制御している。しかし、メカニカルシャッタ３の閉じるタイミングには時間的なばらつきがある。このため、この最後の露光期間Ｂ（３）を短縮できる下限は、メカニカルシャッタ３のばらつきで決まってしまう。そこで、更に短い露光期間を実現しようとした場合には、電気的な駆動で露光期間の開始及び終了タイミングを制御することのできる、複数の第二の露光期間のうちの最後の露光期間以外の露光期間を、最も短い露光期間とすることが好ましい。
【００７６】
特に好ましいのは、複数の第二の露光期間のうちの最初と最後の露光期間以外の露光期間を、最も短い露光期間とする場合である。
【００７７】
例えば、図８に示したように、図７に示したタイミングチャートにおいて露光期間Ｂ（２）を最も短い期間にした場合がこれに該当する。露光期間が極端に短い場合は、高速シャッタで撮影を行う場合と同じになる。このため、動く被写体であっても、ＣＭＯＳセンサ特有の画像の歪みは発生しにくくなる。また、動く被写体を撮影した場合、第一グループから得られる撮像画像データは、第一の露光期間Ａの開始時点で撮影した画像と終了時点で撮影した画像の平均に相当する画像となる。そこで、図８に示したように露光期間Ｂ（２）を第一の露光期間Ａの中間付近にもってくることで、露光期間Ａで得られる撮像画像データと、露光期間Ｂ（２）で得られる撮像画像データとの相関性を高めることができる。このような理由から、複数の第二の露光期間のうちの最初と最後の露光期間以外の露光期間を、最も短い露光期間とすることが特に好ましい。更に好ましいのは、露光期間Ａの半分の時点と、この最も短い露光期間の半分の時点とが一致していることである。
【００７８】
これまでの説明では、第一グループと第二グループとで、信号読出し回路６２ａと信号読出し回路６２ｂを分けて設けているが、これらは１つにして、一般的なＭＯＳセンサの構成としても勿論よい。
【００７９】
ただし、信号読出し回路を１つにした場合には、第一グループのｋラインと第二グループのｋラインとを同期して駆動することができない。このため、例えば、図３に示した駆動方法を実現するには、図９に示したように、第一の露光期間Ａの露光開始のためのローリングリセット駆動を終了してから第二の露光期間Ｂ（１）の露光開始のためのローリングリセット駆動を行い、第一の露光期間Ａの露光終了のためのローリング読出し駆動を終了してから第二の露光期間Ｂ（３）の露光終了のためのローリング読出し駆動を行う必要がある。
【００８０】
または、図１０に示したように、第二の露光期間Ｂ（１）の露光開始のためのローリングリセット駆動を終了してから、第一の露光期間Ａの露光開始のためのローリングリセット駆動を行い、第二の露光期間Ｂ（３）の露光終了のためのローリング読出し駆動を終了してから、第一の露光期間Ａの露光終了のためのローリング読出し駆動を行う必要がある。
【００８１】
図９，１０に示した駆動方法であっても、第一の露光期間Ａと、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、及び第二の露光期間Ｂ（３）の各々とは重なりを有する。このため、第一の露光期間Ａで得られる撮像画像信号と、第二の露光期間Ｂ（１）、Ｂ（２）、Ｂ（３）のそれぞれで得られる撮像画像信号との相関性は十分に高くなる。したがって、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データの画質にはさほど影響がない。特に、複数の第二の露光期間のうちの最初又は最後の露光期間については、第一の露光期間Ａと一部しか重ならなくなる。しかし、その他の第二の露光期間についてはその全てが第一の露光期間Ａと重なる。このため、この点からも、複数種類の撮像画像データの画質への影響は少ない。図２に示したように、信号読出し回路を２つ設ける構成にした場合には、第一の露光期間の露光中に複数の第二の露光期間の全ての露光を実施することができる。このため、撮像画像データの高画質化が可能となる。
【００８２】
図２に示した固体撮像素子５の光電変換素子の配列は、次のように変形することもできる。
【００８３】
図１１は、図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図である。この変形例の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を正方格子状に配列し、そのうちの奇数行を光電変換素子５１ａとし、偶数行を光電変換素子５１ｂとしたものである。
【００８４】
図１２は、図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図である。この変形例の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を正方格子状に配列し、そのうちの一方の市松位置に光電変換素子５１ａを配置し、他方の市松位置に光電変換素子５１ｂを配置した構成である。
【００８５】
図１１及び図１２に示したような配列であっても、第一グループの各光電変換素子５１ａに対応する画素データと、当該光電変換素子５１ａとペアを組む光電変換素子５１ｂに対応する画素データとを合成することで、ダイナミックレンジを拡大したカラー画像データを生成することができる。
【００８６】
なお、光電変換素子５１ａと光電変換素子５１ｂは同一構造で感度差が無い構成としたが、感度差がある構成であってもよい。この場合には、光電変換素子５１ａと光電変換素子５１ｂの感度差を考慮して、第一の露光期間と複数の第二の露光期間の各々との時間比を決めればよい。
【００８７】
また、これまでの説明では固体撮像素子５がＣＭＯＳ型である場合を示したが、ＣＣＤ型であってもよい。
【００８８】
図１３は、図１に示した撮像装置１００における固体撮像素子５をＣＣＤ型にしたときの撮影動作を説明するためのタイミングチャートであり、図３に対応する図である。
【００８９】
固体撮像素子５がＣＣＤ型の場合は、撮影指示があると、デバイス制御部８が、電子シャッタパルスをオフにする（時刻ｔ１）。これにより、第一グループの光電変換素子５１ａと第二グループの光電変換素子５１ｂが電荷蓄積可能な状態となる。そして、第一グループの全てのラインにおいて第一露光期間Ａが開始し、第二グループの全てのラインにおいて第二の露光期間Ｂ（１）が開始する。
【００９０】
時刻ｔ１から所定時間経過後の時刻ｔ２になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第二グループの全てのラインにおいて、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が終了すると共に、開始第二の露光期間Ｂ（２）の露光が開始する。
【００９１】
第二の露光期間Ｂ（２）が開始してから、第二の露光期間Ｂ（１）の時間よりも長い時間経過後の時刻ｔ３になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第二グループの全てのラインにおいて、第二の露光期間Ｂ（２）の露光が終了すると共に、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始する。
【００９２】
第二の露光期間Ｂ（３）が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）の時間よりも長い時間経過後の時刻ｔ４になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第二グループの全てのラインにおいて第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。
【００９３】
時刻ｔ４では、デバイス制御部８が、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第一グループの全てのラインにおいて第一の露光期間Ａの露光が終了する。
【００９４】
以上のような駆動により、ＣＣＤ型の固体撮像素子であっても、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを１回の撮影で取得することができる。ＣＣＤ型の場合は、全ての露光期間の露光において、第一グループ、第二グループのいずれにおいても、全てのラインの露光の開始及び終了タイミングを一致させることができる。このため、動く被写体であっても歪みのない撮像画像データを得ることができる。
【００９５】
なお、固体撮像素子５をＣＣＤ型にした場合、複数の第二の露光期間のうち、最初の露光期間を除く露光期間を、第二グループの全ての光電変換素子５１ｂから垂直ＣＣＤに蓄積電荷を読出し、これを転送して当該蓄積電荷に応じた信号を固体撮像素子５から出力させるまでに要する信号読出し時間よりも長い時間にする必要がある。例えば、図１３に示した第二の露光期間Ｂ（２）の長さが、信号読出し時間よりも短いと、時刻ｔ２で読み出しが開始された信号の読み出しが完了する前に、垂直ＣＣＤに第二の露光期間Ｂ（２）の露光で蓄積された電荷が転送されてしまい、信号読出しに支障があるためである。
【００９６】
一方、複数の第二の露光期間のうちの最初の露光期間については、このような時間制限はない。例えば、図１３に示した第二の露光期間Ｂ（１）は、その開始時刻ｔ１の時点で垂直ＣＣＤには他の露光期間で発生した電荷が存在していない。このため、この露光期間Ｂ（１）をいくら短くしても問題はない。
【００９７】
したがって、固体撮像素子５をＣＣＤ型にした場合には、複数の第二の露光期間のうちの最初の露光期間を、最も短い時間とすることが好ましい。
【００９８】
以上説明してきたように、本明細書には次の事項が開示されている。
【００９９】
開示された撮像装置は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子と、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動部とを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。
【０１００】
開示された撮像装置は、前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを更に備え、前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始するものである。
【０１０１】
開示された撮像装置は、前記駆動部は、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了するものである。
【０１０２】
開示された撮像装置は、前記最後の第二の露光期間が、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間であるものである。
【０１０３】
開示された撮像装置は、前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間が、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間であるものである。
【０１０４】
開示された撮像装置は、前記第二の露光期間が３つである。
【０１０５】
開示された撮像装置は、前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
【０１０６】
開示された撮像装置は、前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
【０１０７】
開示された撮像装置は、各第二の露光期間の露光が前記第一の露光期間中に実施されるものである。
【０１０８】
開示された撮像装置は、前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間が最も短い期間であるものである。
【０１０９】
開示された撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記複数の第一の光電変換素子から前記第一の信号を読み出すための第一の読出し回路と、前記複数の第二の光電変換素子から前記第二の信号を読み出すための前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路とを備えるものである。
【０１１０】
開示された撮像方法は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子を用いた撮像方法であって、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動ステップを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。
【０１１１】
開示された撮像方法は、前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に、前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始するものである。
【０１１２】
開示された撮像方法は、前記駆動ステップでは、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了するものである。
【０１１３】
開示された撮像方法は、前記最後の第二の露光期間を、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間とするものである。
【０１１４】
開示された撮像方法は、前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間を、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間とするものである。
【０１１５】
開示された撮像方法は、前記第二の露光期間が３つである。
【０１１６】
開示された撮像方法は、前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
【０１１７】
開示された撮像方法は、記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
【０１１８】
開示された撮像方法は、各第二の露光期間の露光を前記第一の露光期間中に実施するものである。
【０１１９】
開示された撮像方法は、前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間を最も短い期間とするものである。
【０１２０】
開示された撮像方法は、前記駆動ステップでは、第一の読出し回路を用いて前記第一の信号を読出し、前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路を用いて前記第二の信号を読み出すものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明によれば、ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することができる。【０１２２】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１０年７月２８日出願の日本出願（特願２０１０−１６９７９９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【０１２３】
１００  撮像装置
５  固体撮像素子
８  デバイス制御部
５１ａ，５１ｂ  光電変換素子
６２ａ，６２ｂ  信号読出し回路
【図１】
2012014553.tif 000003
【図２】
2012014553.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012014553.tif 000007
【図６】
2012014553.tif 000008
【図７】
2012014553.tif 000009
【図８】
2012014553.tif 000010
【図９】
2012014553.tif 000011
【図１０】
2012014553.tif 000012
【図１１】
2012014553.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年11月8日(2011.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含むＣＭＯＳ型の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタと、
前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動部とを備え、
各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有し、
前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記駆動部は、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記最後の第二の露光期間が、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間である撮像装置。
【請求項４】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間が、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間である撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記第二の露光期間が３つである撮像装置。
【請求項６】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子が、前記複数の第一の光電変換素子から前記第一の信号を読み出すための第一の読出し回路と、前記複数の第二の光電変換素子から前記第二の信号を読み出すための前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路とを備える撮像装置。
【請求項８】
二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含むＣＭＯＳ型の固体撮像素子を用いた撮像方法であって、
前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動ステップを備え、
各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有し、
前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に、前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始する撮像方法。
【請求項９】
請求項８記載の撮像方法であって、
前記駆動ステップでは、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
【請求項１０】
請求項９記載の撮像方法であって、
前記最後の第二の露光期間を、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間とする撮像方法。
【請求項１１】
請求項９記載の撮像方法であって、
前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間を、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間とする撮像方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の撮像方法であって、
前記第二の露光期間が３つである撮像方法。
【請求項１３】
請求項８記載の撮像方法であって、
前記駆動ステップでは、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記駆動ステップでは、第一の読出し回路を用いて前記第一の信号を読出し、前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路を用いて前記第二の信号を読み出す撮像方法。
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
（削除）
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
（削除）
【請求項２０】
（削除）
【請求項２１】
（削除）
【請求項２２】
（削除）
【国際調査報告】
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